在曲轴支承轴颈和凸缘之间的过渡区进行深度轧制的方法

摘要

本发明涉及一种用深度轧辊在支承轴颈(3)和曲轴(1)支承点相邻凸缘(4)之间过渡区上进行半径或圆角(2)深度轧制的方法，在曲轴(1)转动时，所述深度轧辊被深度轧制作用力压进过渡区的半径或圆角(2)中，直至到达预定的压缩深度(10)。用第一深度轧辊对过渡区进行初步深度轧制，所述第一深度轧辊的半径(6)与相关过渡区或圆角(2)的半径密切比在1和0.85之间，也就是说，用第一深度轧制作用力在深度轧制的表面(8)之下深度1mm和2mm之间的过渡区中产生最大内压应力(7)。随后用第二深度轧辊对上述过渡区再轧制，所述第二深度轧辊的半径(14)小于第一深度轧辊(5)的半径，其大小这样选择，要使除用第一深度轧辊取得塑性变形外，还要使第二深度轧辊在过渡区的深度轧制表面(8)上进一步产生塑性变形(11)。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用深度轧辊(deep-rolling cylinder)在曲轴支承点的相邻凸缘与支承轴颈之间过渡区上进行半径或圆角深度轧制的方法。在曲轴转动时，所述深度轧辊被深度轧制作用力压进过渡区的半径或圆角中，直至到达预定的压缩深度。

背景技术

对曲轴支承轴颈上的圆角进行深度轧制所用的深度轧制工具已为人知，例如，从US6,393,885 B1中就可了解这种工具。通过已知的深度轧制方法，在曲轴圆角的金属中产生内压应力，其中，这些压应力可延伸至例如4mm的深度。正如已知的那样，深度轧辊的倒圆半径的实际值应以下述方式确定，即倒圆半径处于曲轴上圆角的制造公差范围内。如果深度轧辊的倒圆半径与所述圆角的半径大致一致，则可取得令人满意的结果。在曲轴转动而在圆角的金属中产生集中的内压应力的型式时，由深度轧辊施加的深度轧制作用力可以增大或减小，所述圆角是曲轴承受最大荷载的区域。正如已知的那样，深度轧制作用力的强度以及圆角轧制道次的数量可以预先确定，以取得最佳的疲劳强度。另外还有益于增大曲轴支承轴颈的实际宽度。但是，为了增大轴颈的有效宽度而利用具有更小和复合倒圆半径的深度轧辊，以便深度轧制所述圆角，从而使圆角也实现具有较小的半径。在美国专利披露的信息最终归结于深度轧制的作用力，这种作用力由支承辊分配并且被传输到深度轧辊的横向台肩表面上。然后，深度轧制作用力的分力再由深度轧辊重新组合并被这些圆柱传输到圆角上，这样，支承轴颈的圆角就被深度轧制和压缩。与现有技术中的已知状况相比，用支承辊分配深度轧制作用力减小了深度轧辊的磨损。

特别是DE19740290 A1披露了一种曲轴深度轧制方法。根据该方法不仅可降低轧制作用力，因而显著减小圆柱的磨损，而且还使内应力在曲轴上的空间分布及其强度方面得到最优化。该方法还可对高强度材料进行深度轧制。因此，在深度轧制过程中，这种已知的方法有可能提高材料的应力，例如，可提高过渡区或凹割半径上的材料应力，所述过渡区或凹割半径在操作过程中承受特别高的荷载，也就是说，通过这种方式，即在轧制压力降低的情况下仍可得到较高的内应力。这样就又可能增大过渡区或凹割半径，从而减少在这些位置产生的刻痕作用。

从DE10060219 A1中还可以知道，通过多个测径规来测定深度轧制曲轴的质量，所述多个测径规分别被分配给曲轴主轴承之一。根据测量结果，除第一次深度轧制操作外，还可进行另一次深度轧制操作，以便有目的地再轧制各个支承点的半径或圆角。上述支承点的整个圆周或只是其中一部分可进行再轧制加工。曲轴的各个主轴承或轴颈上的半径或圆角可以包含在再轧制加工中。

与现有技术状况相比，可以确定，这种过渡区的深度轧制会在曲轴的半径或圆角中产生内压应力，其中，在深度轧制表面之下0.6mm和1.2mm之间的深度上存在最大的内压应力。在过渡区中由于曲轴运转变形呈旋转弯曲状态而产生最大的应力。运转的弯曲应力叠加有深度轧制产生的内压应力，因而使屈服点超出。然后，内压应力变弱。

在深度轧制过渡区的表面上可观察到初裂，其中，这些裂纹延伸至所述表面之下产生最高内压应力的深度地方。

发明内容

因此，本发明的目的是通过深度轧制来提高曲轴的疲劳强度，这样，曲轴的运转就不会在过渡区的深度轧制表面上产生任何初裂。

根据本发明，上述目的是通过深度轧制支承轴颈和曲轴支承点的相邻凸缘之间过渡区来实现的，其中，所述过渡区

用第一深度轧辊进行初步深度轧制，所述第一深度轧辊的半径与有关过渡区或圆角的半径密切比(osculating ratio)在1和0.85之间，也就是说，用第一深度轧制作用力在深度轧制的表面之下1mm和2mm之间的过渡区中产生最大内压应力；以及

随后用第二深度轧辊对上述过渡区再轧制，所述第二深度轧辊的半径小于第一深度轧辊的半径，也就是说，除了用第一深度轧辊取得塑性变形外，第二深度轧辊用如此大小的第二深度轧制作用力在过渡区的深度轧制表面上进一步产生塑性变形。

第二次轧制加工使初始轧制过程中产生的最大内压应力更加靠近所述表面。这样就产生了新型式的内压应力，该内压应力更靠近深度轧制表面，从而防止形成初裂。

例如，在第二次深度轧制操作中，可用第二深度轧制工具对所述表面进行再轧制。但是，也可以设想以这种方式构造深度轧制工具，即用数个不同倒圆半径的深度轧辊组合起来并连续接合在一起。

如果用第一深度轧辊取得的压缩深度约为0.2mm，而用第二深度轧辊取得的附加压缩深度约为0.05mm，这是很有益的，这意味着总压缩深度量达到0.25mm。

下面将对本发明的一个实施例进行更详细的描述。

附图说明

图中示出曲轴支承点过渡区的放大详图。

具体实施方式

曲轴1具有支承轴颈3和凸缘4，它们通过圆角2相互变换。圆角2具有半径6。在深度轧制加工之前，圆角2具有虚线15所示的轮廓。

线8所示的表面是在用具有半径5的第一深度轧辊(未示出)进行深度轧制加工之后得到的。例如，与表面8有关的法线12到达第一压缩深度10。所述压缩深度10与曲轴1材料中的内压应力16相适应，如图所示，该内压应力16的最大值7远在深度轧制表面8之下的地方。

根据本发明，用具有半径14的第二深度轧辊(未示出)对深度轧制的表面8再轧制。这样在圆角2中产生由线9所示的附加塑性变形。这样沿着法线12方向在初始压缩深度10下面获得附加压缩深度11。第一压缩深度10约为0.2mm，而附加压缩深度11约为0.05mm。这样就同时导致在曲轴材料的过渡区2中产生近表面内压应力13，其中，在曲轴12的运行过程中，这种内压应力可防止在法线12方向的表面9上产生初裂。从而这样有效地提高了曲轴1的疲劳强度。

参考符号目录

1、曲轴  2、圆角  3、支承轴颈  4、凸缘  5、压缩深度

6、圆角半径  7、最大内压应力  8、深度轧制的表面

9、附加塑性变形  10、第一压缩深度  11、第二压缩深度

12、法线  13、近表面内压应力  14、较小半径  15、轮廓

16、内压应力